CN117233734B - 基于tdc和adc的激光雷达数据采集方法、系统及激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法、系统及激光雷达，属于激光雷达技术领域，实现高精度的时间测量；方法包括：对于在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路分别进行比较器+TDC处理以及整形＋ADC处理；获得回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息作为第一类点信息，获得回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息作为第二类点信息；通过比较第一类点和第二类点信息中的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；进而计算出每个脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息。本发明可提高雷达测距精度，满足多种场景测量应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，涉及一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法、系统及激光雷达。
背景技术
激光雷达内部数据采集系统用于采集雷达输出的激光束经目标反射回来的回波信号，性能的好坏会直接影响激光雷达的分辨率和精度等重要参数，是激光雷达的关键部件之一。
激光雷达的数据采集系统中的TDC(Time-to-Digital Conversion,TDC)数据采集方案，产生的数据量小且时间测量精度较高，但是TDC由于死区时间限制，当多个回波信号到达检测器时，TDC只能记录一个回波信号，而且TDC的输出只有“0”和“1”两种形式，无法记录信号的幅度和形状。并且TDC系统采集数据需配合复杂的标校及拟合算法才能实现精确测距。
激光雷达在使用时，激光光斑可能完全落在被测目标上，可能落在前后相互交错的两个物体上，也可能透过一个目标物后落在另一被测目标上，由于激光光斑覆盖区域不同，造成每次发射激光脉冲，回波信号可能是一个也可能是多个，在激光雷达的实际应用过程中，如雨、雪、雾、扬尘环境中，激光雷达会接收到多重回波，针对高反射率目标，激光脉冲在雷达与被测目标间二次往返也会产生多回波信号。不同工作场景和不同被测目标，实际被测目标回波信号与雨雪雾等干扰目标回波信号的时序、脉宽均有不同对应关系，但当仅使用TDC时，所得的脉冲前后沿信息过于单一，无法有效判别区分多个回波信号，更严重的，多回波信号的叠加也会造成回波波形异变引发测距失真。
激光雷达的数据采集系统中的ADC(Analog-to-Digital Conversion, ADC)数据采集方案，可以直接记录信号的幅度等信息，ADC采样率越高，对回波的还原程度越好，而且ADC可以测量同时到达检测器的多个回波，可以有效提高雷达的精度，拓宽使用范围。但是具有高分辨能力的激光雷达需要ADC器件的采样率至少为1Gsps以上，高采样率ADC的采用，必然伴随着高速数据(大于1G Byte/s)缓存和传输的问题，不但使电子学设计方案变得更复杂，也带来了功耗和散热的问题，不符合激光雷达的低功耗、低成本、高度集成的方向发展。更严重的是，受限于国内半导体加工工艺和设计经验的不足，几乎国内所用的ADC芯片全都需要从国外进口。而高采样率的ADC芯片不但价格昂贵，更由于可应用于国防等重要领域，往往在采购时面临禁运的问题。因此，如果采用单靠ADC进行波形采样的电子学信号采集方案，由于高速ADC的价格、采购、研发成本的制约，必然限制了高精度激光雷达的自主产业化。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法、系统及激光雷达，结合ADC和TDC两种数据采集，进行高精度激光雷达的时间测量，以进一步提高激光雷达的测距精度，满足多种场景测量应用需要。
本发明公开了一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法，包括：
步骤S1、对于在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路分别进行比较器+TDC处理以及整形＋ADC处理；
经由比较器+TDC处理，获得回波脉冲序列的第一类点信息；所述第一类点信息为回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
经由整形＋ADC处理，获得回波脉冲序列的第二类点信息；所述第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
步骤S2、比较第一类点和第二类点信息中的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；
步骤S3、根据每个回波脉冲上包含的第一类和第二类点信息，计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息。
进一步地，所述步骤S2，包括：
S21、将第一类点和第二类点按时刻先后顺序进行排序；
S22、将所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值的第二类点；
S23、判断排序中按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点的幅值是否按顺序递增或按顺序递减；如果递增，则将两个第二类点中间的第一类点作为前沿上的点进行筛选；如果递减，则将两个第二类点中间的第一类点作为后沿上的点进行筛选；
S24、将步骤S22筛选出的第二类点与步骤S23中筛选出的第一类点进行时间排序；当在一个前沿上的第一类点和一个后沿上的第一类点之间只存在第二类点或不存在任意点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；
S25、对步骤S22筛选出的第二类点进行滤波，滤除掉幅值高于激光雷达脉冲饱和参考幅值的点后；对于时刻在一个回波脉冲的前、后沿上的点之间的第二类点，划分为本回波脉冲轮廓上的点。
进一步地，当所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，无高于比较门限幅值的第二类点时；
则按时刻先后顺序进行第一类点和第二类点排序；在前一个第一类点和后一个第一类点之间不存在第二类点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；并删除所有的第二类点，不作为脉冲轮廓上的点。
进一步地，将每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的时刻与幅值信息分别代入到波形方程F(t)中，计算出每个回波脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
并且，在第一类点和第二类点信息的幅值比较关系中，当第二类点中无幅值超过比较门限幅值的点；则将第一类点中的前后沿时刻信息代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻。
进一步地，所述波形方程F(t)为激光雷达的专属方程，为在雷达标校过程中，通过不同反射率目标在远近不同位置处的回波前后沿信息及比较门限以上采样点信息，做反复迭代修正最终获得经验方程；
在经验方程中，将一个回波脉冲波形的前后沿时刻信息，以及波形轮廓点的时刻和幅值信息与回波脉冲波形的峰值时刻建立经验对应关系，输入前后沿时刻信息以及波形轮廓点得到回波脉冲波形的峰值时刻。
本发明还公开了一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集系统，包括：整形电路、ADC电路、比较器电路、TDC电路和数据处理模块；
激光雷达在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路，一路输入到比较器电路，另一路输入到整形电路；
所述比较器电路，根据设置的比较门限，将回波脉冲序列转换为数字脉冲序列，
所述TDC电路，根据输入的数字脉冲序列计算第一类点信息；所述第一类点信息为回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
所述整形电路对回波信号内的回波脉冲序列的波形进行整形后输出到ADC电路进行采样得到第二类点信息；所述第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
所述数据处理模块与ADC电路和TDC电路分别连接，接收第一类点和第二类点信息；比较第一类点和第二类点信息的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；根据每个回波脉冲上包含的第一类和第二类点信息，计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息。
进一步地，所述数据处理模块包括第一信息确定模块，用于从接收的第一类点和第二类点信息中，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；
第一信息确定模块包括排序模块、第一类点筛选模块、第二类点筛选模块、划分模块和滤波模块；
所述排序模块，用于将第一类点和第二类点按时刻先后顺序进行排序；
第一类点筛选模块，用于判断排序中按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点的幅值是否按顺序递增或按顺序递减；如果递增，则将两个第二类点中间的第一类点作为前沿上的点进行筛选；如果递减，则将两个第二类点中间的第一类点作为后沿上的点进行筛选；
第二类点筛选模块，用于将所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值的第二类点；
划分模块，用于将第一类点筛选模块和第二类点筛选模块筛选出点进行时间排序；当在一个前沿上的第一类点和一个后沿上的第一类点之间只存在第二类点或不存在任意点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；
滤波模块，用于对第二类点筛选模块筛选出的第二类点进行滤波，滤除掉幅值高于激光雷达脉冲饱和参考幅值的点后；对于时刻在一个回波脉冲的前、后沿上的点之间的第二类点，划分为本回波脉冲轮廓上的点。
进一步地，在第二类点筛选模块中，所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，无高于比较门限幅值的第二类点时；
在划分模块中，按时刻先后顺序进行第一类点和第二类点排序；在前一个第一类点和后一个第一类点之间不存在第二类点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；并删除所有的第二类点，不作为脉冲轮廓上的点。
进一步地，所述数据处理模块包括第二信息确定模块，用于计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
在第二信息确定模块中，将每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的时刻与幅值信息分别代入到波形方程F(t)中，计算出每个回波脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
并且，在第一类点和第二类点信息的幅值比较关系中，当第二类点中无幅值超过比较门限幅值的点；则将第一类点中的前后沿时刻信息代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻。
本发明还公开了一种激光雷达，包括如上所述的激光雷达数据采集系统；在激光雷达接收到回波信号经前置放大和次级放大后的回波信号，输入到激光雷达数据采集系统，得到回波信号中包含的回波脉冲序列的各回波脉冲的峰值时刻，全部输出或选择性的输出一个或多个。
本发明可实现以下有益效果之一：
本发明公开的基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法，可准确获得回波脉冲数量、脉冲前后沿及采样点之间的对应关系，降低了多回波情况下，脉冲前后沿采样点误配对的可能，为后续距离解算提供精准的基础采样信息。
多回波的准确采样及数据归集有助于为后续脉冲处理提供丰富的数据基础，如基于脉冲形状或脉冲宽度等因素进行数据筛选，可有效排除噪声回波；基于脉冲在时间轴上的位置关系排除二次照射回波；基于与临近测量周期对应回波的比对，排除非本雷达发射的激光产生的干扰回波；
在回波脉冲多采样信息的基础上，雷达标校可供参考的数据更丰富，由此获取的雷达距离解算算法也更精准。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；
图1为本发明实施例中的基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法流程图；
图2为本发明实施例中的TDC+ADC判别的多回波信号示意图；
图3为本发明实施例中的基于TDC和ADC的激光雷达数据采集系统组成连接示意图。
附图标记：
1-激光雷达数据采集系统，11-整形电路，12-ADC电路，13-比较器电路，14-TDC电路，15-数据处理模块；2-前置放大器，3-次级放大器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例一
本发明的一个实施例公开了一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1、对于在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路分别进行比较器+TDC处理以及整形＋ADC处理；
经由比较器+TDC处理，获得回波脉冲序列的第一类点信息；所述第一类点信息为回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
经由整形＋ADC处理，获得回波脉冲序列的第二类点信息；所述第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
步骤S2、比较第一类点和第二类点信息中的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；
步骤S3、根据每个回波脉冲上包含的第一类和第二类点信息，计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息。
具体的，在步骤S1中，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号为来自光电探测器(通常是APD)的回波信号利用前置放大器和次级放大器进行放大后的回波信号；
一个脉冲发射接收周期内包括回波脉冲序列，即包括多个回波脉冲的具体场景包括：
1、出射激光随距离增加光斑逐渐增大，被测目标距离激光雷达较远，激光脉冲光斑覆盖不同距离的多个目标物体，多个目标物体回波在激光雷达的一个脉冲发射接收周期内被接收到；
2、雷达出射的一个脉冲激光穿透透明物体（如烟雾、扬尘、玻璃等透明材料）后照射到被测目标上，透明物体产生的回波信号与被测目标产生的回波信号同时被雷达接收到；
3、被测目标的镜面反射光照射到雷达接收视场内的其他目标，其他目标的回波信号与被测目标的漫反射回波信号在激光雷达的一个脉冲发射接收周期内被雷达接收到；
4、被测高反射率目标的强回波信号被雷达探测器表面镜面反射后二次照射到目标上产生的回波，与一次回波被激光雷达在一个脉冲发射接收周期接收到；
5、多台激光雷达同时工作，在激光雷达的一个脉冲发射接收周期内，激光雷达既接收到自身发射激光照射目标物体产生回波，同时也接收到其他雷达发射的光脉冲或其他雷达照射目标物体产生的回波。
步骤S1中，
比较器+TDC处理中，比较器根据设置的比较门限，将回波信号中回波脉冲序列转换为数字脉冲序列，输出到TDC电路进行TDC处理，得到数字脉冲序列的第一类点信息；所述第一类点信息为位于回波脉冲序列中各脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
比较器的比较门限根据具体的实际情况设定；TDC处理的时间分辨率约为90ps或更高。
整形＋ADC处理中，所述整形电路对回波信号内的回波脉冲序列的波形进行整形后，输出到ADC电路进行采样得到第二类点信息；第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
所述ADC电路为中低速ADC，采样率约500MSPS。
具体的，步骤S2中，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的过程包括：
S21、将第一类点和第二类点按时刻先后顺序进行排序；
S22、将所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值的第二类点；
S23、判断排序中按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点的幅值是否按顺序递增或按顺序递减；如果递增，则将两个第二类点中间的第一类点作为前沿上的点进行筛选；如果递减，则将两个第二类点中间的第一类点作为后沿上的点进行筛选；
S24、将步骤S22筛选出的第二类点与步骤S23中筛选出的第一类点进行时间排序；当在一个前沿上的第一类点和一个后沿上的第一类点之间只存在第二类点或不存在任意点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；
S25、对步骤S22筛选出的第二类点进行滤波，滤除掉幅值高于激光雷达脉冲饱和参考幅值的点后；对于时刻在一个回波脉冲的前、后沿上的点之间的第二类点，划分为本回波脉冲轮廓上的点。
如图2给出了一个具体的TDC+ADC判别的多回波信号示意图；图中横坐标为时间，纵坐标为幅值，网格标识时间和幅值的交叉点，回波脉冲轮廓线上，a、b、c、d、e、f为六个第一类点，1-11为11个第二类点。
在对图2中波形进行回波脉冲上包含的第一类点和第二类点确定的具体过程包括：
1）将第一类点a、b、c、d、e、f六个点和第二类点11个回波脉冲轮廓点按时刻先后顺序进行排序；
t1＜ta＜t2＜t3＜tb＜t4＜tc＜t5＜td＜t6＜t7＜te＜t8＜tf＜t9＜t10＜t11；
2）将第二类点11个回波脉冲轮廓点与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值VT的第二类点；
从图中可知，11个回波脉冲轮廓点中，高于比较门限幅值VT为2、3、5、8
3）从图中可知，按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点中，
V1＜Va＜V2，V3＞Vb＞V4，V4＜Vc＜V5，
V5＞Vd＞V6，V7＜Ve＜V8，V8＞Vf＞V9；
由V1＜Va＜V2，V4＜Vc＜V5，V7＜Ve＜V8，可确定a、c、e为脉冲前沿上的点；
由V3＞Vb＞V4，V5＞Vd＞V6，V8＞Vf＞V9，可确定b、d、f为脉冲后沿上的点；
4）将第二类点2、3、5、8和第一类点a、b、c、d、e、f进行时间先后排序；其中ta＜t2＜tb，ta＜t3＜tb，tc＜t5＜td，te＜t8＜tf，由此可判定a、b为回波脉冲一的前后沿上的点，对应回波脉冲一的前后沿时刻，c、d为回波脉冲二的前后沿上的点，对应回波脉冲二的前后沿时刻，e、f为回波脉冲三的前后沿上的点，对应回波脉冲三的前后沿时刻，由此可完成脉冲与点，脉冲前后沿与点的对应关系。
5）将第二类点2、3、5、8四个点与脉冲饱和参考幅值VM做比较，筛选出小于VM的点3、5、8；由于点3在点a、b之间，则点3为回波脉冲一脉冲轮廓点；由于点5在点c、d之间，则点5为回波脉冲二轮廓上的点；由于点8在点e、f之间，则点8为回波脉冲三轮廓上的点。
更为具体的情况下，在确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的过程中的步骤2）中，所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，无高于比较门限幅值的第二类点时；则按时刻先后顺序进行排序的第一类点和第二类点中，前一个第一类点和后一个第一类点之间，不存在第二类点；则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；删除所有的第二类点，不作为脉冲轮廓上的点。
具体的，在步骤S3中，将每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的时刻与幅值信息分别代入到波形方程F(t)中，计算出每个回波脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
并且，在第一类点和第二类点信息的幅值比较关系中，当第二类点中无幅值超过比较门限幅值的点；则将第一类点中的前后沿时刻信息代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻。
进一步地，所述波形方程F(t)为激光雷达的专属方程，为在雷达标校过程中，通过不同反射率目标在远近不同位置处回波前后沿信息及比较门限以上采样点信息做反复迭代修正最终获得经验方程；
所述经验方程可以以经验数据表的形式或经验公式的的形式表示。在经验方程中，将一个回波脉冲波形的前后沿时刻信息，以及波形轮廓点的时刻和幅值信息与回波脉冲波形的峰值时刻建立经验对应关系，输入前后沿时刻信息以及波形轮廓点得到回波脉冲波形的峰值时刻。
具体的，对于图2中的示例，
将a、b、3代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，即为脉冲一对应时刻信息；
将c、d、5代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，即为脉冲二对应时刻信息；
将e、f、8代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，即为脉冲三对应时刻信息。
得到了雷达在全量程范围内，各回波脉冲满足测量精度的峰值时刻，从而可以计算出满足测量精度的目标测量距离。
综上所述，本发明施例公开的基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法，可准确获得回波脉冲数量、脉冲前后沿及采样点之间的对应关系，降低了多回波情况下，脉冲前后沿采样点误配对的可能，为后续距离解算提供精准的基础采样信息。
多回波的准确采样及数据归集有助于为后续脉冲处理提供丰富的数据基础，如基于脉冲形状或脉冲宽度等因素进行数据筛选，可有效排除噪声回波；基于脉冲在时间轴上的位置关系排除二次照射回波；基于与临近测量周期对应回波的比对，排除非本雷达发射的激光产生的干扰回波；
在回波脉冲多采样信息的基础上，雷达标校可供参考的数据更丰富，由此获取的雷达距离解算算法也更精准。
实施例二
本实施例公开了一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集系统，如图3所示，包括：整形电路、ADC电路、比较器电路、TDC电路和数据处理模块；
激光雷达在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路，一路输入到比较器电路，另一路输入到整形电路；
如图3所示，分成两路的回波信号为经前置放大器和次级放大器放大后的回波信号；
所述比较器电路，根据设置的比较门限，将回波脉冲序列转换为数字脉冲序列，
所述TDC电路，根据输入的数字脉冲序列计算第一类点信息；所述第一类点信息为回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
所述整形电路对回波信号内的回波脉冲序列的波形进行整形后输出到ADC电路进行采样得到第二类点信息；所述第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
所述数据处理模块与ADC电路和TDC电路分别连接，接收第一类点和第二类点信息；比较第一类点和第二类点信息的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；根据每个回波脉冲上包含的第一类和第二类点信息，计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息。
所述数据处理模块可采用包括ARM在内的数据处理器进行数据处理，并采用包括网口在内的通用接口将处理后的雷达点云数据上传到上位机中。
具体的，
所述数据处理模块包括第一信息确定模块，用于从接收的第一类点和第二类点信息中，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；
第一信息确定模块包括排序模块、第一类点筛选模块、第二类点筛选模块、划分模块和滤波模块；
所述排序模块，用于将第一类点和第二类点按时刻先后顺序进行排序；
第一类点筛选模块，用于判断排序中按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点的幅值是否按顺序递增或按顺序递减；如果递增，则将两个第二类点中间的第一类点作为前沿上的点进行筛选；如果递减，则将两个第二类点中间的第一类点作为后沿上的点进行筛选；
第二类点筛选模块，用于将所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值的第二类点；
划分模块，用于将第一类点筛选模块和第二类点筛选模块筛选出点进行时间排序；当在一个前沿上的第一类点和一个后沿上的第一类点之间只存在第二类点或不存在任意点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；
滤波模块，用于对第二类点筛选模块筛选出的第二类点进行滤波，滤除掉幅值高于激光雷达脉冲饱和参考幅值的点后；对于时刻在一个回波脉冲的前、后沿上的点之间的第二类点，划分为本回波脉冲轮廓上的点。
在第二类点筛选模块中，所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，无高于比较门限幅值的第二类点时；
在划分模块中，按时刻先后顺序进行第一类点和第二类点排序；在前一个第一类点和后一个第一类点之间不存在第二类点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；并删除所有的第二类点，不作为脉冲轮廓上的点。
所述数据处理模块包括第二信息确定模块，用于计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
在第二信息确定模块中，将每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的时刻与幅值信息分别代入到波形方程F(t)中，计算出每个回波脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
并且，在第一类点和第二类点信息的幅值比较关系中，当第二类点中无幅值超过比较门限幅值的点；则将第一类点中的前后沿时刻信息代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻。
本实施例中的方案的包括波形方程F(t)生成在内的更为详细的技术特征和对应的技术效果与实施例一中所描述的相同，请具体参照，在此就不一一赘述了。
实施例三
本实施例公开了一种激光雷达；所述激光雷达包括如实施例二所述的激光雷达数据采集系统；在激光雷达接收到回波信号经前置放大和次级放大后的回波信号，输入到激光雷达数据采集系统，得到回波信号中包含的回波脉冲序列的各回波脉冲的峰值时刻，全部输出或选择性的输出一个或多个。
本实施例中具体的技术细节和技术效果与实施例二中的内容相同，请具体参照，在此就不一一赘述了。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对于在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路分别进行比较器+TDC处理以及整形＋ADC处理；
经由比较器+TDC处理，获得回波脉冲序列的第一类点信息；所述第一类点信息为回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
经由整形＋ADC处理，获得回波脉冲序列的第二类点信息；所述第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
步骤S2、比较第一类点和第二类点信息中的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；
步骤S3、根据每个回波脉冲上包含的第一类和第二类点信息，计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息；
所述步骤S2，包括：
S21、将第一类点和第二类点按时刻先后顺序进行排序；
S22、将所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值的第二类点；
S23、判断排序中按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点的幅值是否按顺序递增或按顺序递减；如果递增，则将两个第二类点中间的第一类点作为前沿上的点进行筛选；如果递减，则将两个第二类点中间的第一类点作为后沿上的点进行筛选；
S24、将步骤S22筛选出的第二类点与步骤S23中筛选出的第一类点进行时间排序；当在一个前沿上的第一类点和一个后沿上的第一类点之间只存在第二类点或不存在任意点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；
S25、对步骤S22筛选出的第二类点进行滤波，滤除掉幅值高于激光雷达脉冲饱和参考幅值的点后；对于时刻在一个回波脉冲的前、后沿上的点之间的第二类点，划分为本回波脉冲轮廓上的点；
当所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，无高于比较门限幅值的第二类点时；
则按时刻先后顺序进行第一类点和第二类点排序；在前一个第一类点和后一个第一类点之间不存在第二类点时，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；并删除所有的第二类点，不作为脉冲轮廓上的点；
将每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的时刻与幅值信息分别代入到波形方程F(t)中，计算出每个回波脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
并且，在第一类点和第二类点信息的幅值比较关系中，当第二类点中无幅值超过比较门限幅值的点；则将第一类点中的前后沿时刻信息代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
所述波形方程F(t)为激光雷达的专属方程，为在雷达标校过程中，通过不同反射率目标在远近不同位置处的回波前后沿信息及比较门限以上的第二类点信息，做反复迭代修正最终获得经验方程；
在经验方程中，将一个回波脉冲波形的前后沿时刻信息，以及波形轮廓点的时刻和幅值信息与回波脉冲波形的峰值时刻建立经验对应关系，输入前后沿时刻信息以及波形轮廓点得到回波脉冲波形的峰值时刻。
2.一种实现权利要求1所述的基于TDC和ADC的激光雷达数据采集方法的基于TDC和ADC的激光雷达数据采集系统，其特征在于，包括：整形电路、ADC电路、比较器电路、TDC电路和数据处理模块；
激光雷达在一个脉冲发射接收周期内，接收到的包括回波脉冲序列的回波信号分成两路，一路输入到比较器电路，另一路输入到整形电路；
所述比较器电路，根据设置的比较门限，将回波脉冲序列转换为数字脉冲序列，
所述TDC电路，根据输入的数字脉冲序列计算第一类点信息；所述第一类点信息为回波脉冲沿上与比较门限相同幅值点的时刻信息；
所述整形电路对回波信号内的回波脉冲序列的波形进行整形后输出到ADC电路进行采样得到第二类点信息；所述第二类点信息为ADC采样的回波脉冲轮廓点的时刻与幅值信息；
所述数据处理模块与ADC电路和TDC电路分别连接，接收第一类点和第二类点信息；比较第一类点和第二类点信息的时刻与幅值关系，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；根据每个回波脉冲上包含的第一类和第二类点信息，计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻，作为脉冲序列中每个回波脉冲的时刻信息；
所述数据处理模块包括第一信息确定模块，用于从接收的第一类点和第二类点信息中，确定出回波脉冲序列中每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点；
第一信息确定模块包括排序模块、第一类点筛选模块、第二类点筛选模块、划分模块和滤波模块；
所述排序模块，用于将第一类点和第二类点按时刻先后顺序进行排序；
第一类点筛选模块，用于判断排序中按照先第二类点，后第一类点，再第二类点排列的三个点的幅值是否按顺序递增或按顺序递减；如果递增，则将两个第二类点中间的第一类点作为前沿上的点进行筛选；如果递减，则将两个第二类点中间的第一类点作为后沿上的点进行筛选；
第二类点筛选模块，用于将所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，筛选出幅值高于比较门限幅值的第二类点；
划分模块，用于将第一类点筛选模块和第二类点筛选模块筛选出点进行时间排序；当在一个前沿上的第一类点和一个后沿上的第一类点之间只存在第二类点或不存在任意点，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；
滤波模块，用于对第二类点筛选模块筛选出的第二类点进行滤波，滤除掉幅值高于激光雷达脉冲饱和参考幅值的点后；对于时刻在一个回波脉冲的前、后沿上的点之间的第二类点，划分为本回波脉冲轮廓上的点；
在第二类点筛选模块中，所有的第二类点的幅值与比较门限的幅值进行比较，无高于比较门限幅值的第二类点时；
在划分模块中，按时刻先后顺序进行第一类点和第二类点排序；在前一个第一类点和后一个第一类点之间不存在第二类点时，则将此两个第一类点划分为一个回波脉冲的前、后沿上的点；并删除所有的第二类点，不作为脉冲轮廓上的点；
所述数据处理模块包括第二信息确定模块，用于计算等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
在第二信息确定模块中，将每个回波脉冲上包含的第一类点和第二类点的时刻与幅值信息分别代入到波形方程F(t)中，计算出每个回波脉冲的等效非饱和脉冲的峰值对应时刻；
并且，在第一类点和第二类点信息的幅值比较关系中，当第二类点中无幅值超过比较门限幅值的点；则将第一类点中的前后沿时刻信息代入波形方程F(t)中，通过计算获得等效非饱和脉冲的峰值对应时刻。
3.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求2所述的激光雷达数据采集系统；在激光雷达接收到回波信号经前置放大和次级放大后的回波信号，输入到激光雷达数据采集系统，得到回波信号中包含的回波脉冲序列的各回波脉冲的峰值时刻，全部输出或选择性的输出一个或多个。
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